辐射法制备木塑复合材料的研究和产业化课件

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title styleSub-title,三强核力,您可信赖的安全和质量,辐射法制备木塑复合材料的研究和产业化,彭 伟,北京三强核力辐射工程技术有限公司,成都,2012.11,内容,木塑复合材料简介,木基木塑复合材料的制备方法,WPC,辐射法与挤出法比较,WPC,辐射法与化学法比较,辐射,WPC,性能,成本和效益分析,产业化过程中存在的问题,结论和展望,木塑复合材料简介,木塑复合材料,WPC,（,wood-plastic composites,）,ASTM,定义为,“,一种主要由木材或者纤维素为基础材料与塑料（或多种塑料）制成的复合材料,”,聚合过程可采用化学法（触媒法）或辐射法,WPC,种类,聚合物基木塑复合材料：将木纤维、木粉、刨花、锯末、植物纤维与热塑性塑料如,PE,、,PP,、,PVC,等混合，经过挤出成型或热压成型技术制成,WPC,木基木塑复合材料：将有机单体灌注入木材中通过辐射或热聚合成,WPC,本报告介绍的为后一种木基木塑复合材料,木基木塑复合材料的发展,木基木塑复合材料（也称塑合木）,WPC,问世于,1961,年，,1964,年被美国媒体称为当年十大科学成就之一。,20,世纪,60,年代，美国，加拿大，芬兰，前苏联，瑞典和南美一些国家对木基木塑复合材料,WPC,的研制取得了进展,1966,年美国,AMF,公司的,Bowling,分部安装了第一条化学法生产,WPC,生产线，主要用于制作台球的弹子棒,此后又相继建成了多家化学法生产,WPC,的生产线，用于制造弓箭、高尔夫球棒、吉他音板等。,1968,年美国,ARCO,化学公司采用,射线生产,WPC,，并很快推向市场，产品主要用于地板，从,1978,年到,1982,年,5,年中已经铺设了超过,800,万平方英尺的丙烯酸酯,WPC,地板。,20,世纪,60,年代中期至,80,年代初，美国建成了大约,20,多家,WPC,生产厂,目前，,Nydree,公司是美国最大的使用辐射法制备木塑复合材料的公司,它先后合并了,Gamapa,和,PermaGrain,。,木基木塑复合材料的制备,成型方法：化学法（触媒法）和辐射法,两种方法都是将轻质木材浸渍在单体中，等单体进入木材内部孔隙后，再通过加热或辐射，使单体发生聚合、交联或者与木材间发生接枝反应。,化学法与辐射法的对比,化学法工艺较为复杂，加热温度及时间难以选择和控制。一方面容易导致浸渍液单体聚合不完全；另一方面加热聚合过程中，所产生的聚合热会使木材内部温度上升而损伤木材结构，可能会导致木材碳化，单体挥发，性能下降。另外，单体中需要加入引发剂，引发剂会与木材中的物质发生发应，会导致聚合深度不够等问题。,而辐射法，不需要加引发剂，通过调整射线剂量，控制聚合过程，使之最后反应完全。,国内外研究情况,国内外对木基木塑复合材料有大量研究,研究案例：以四川桦木地板坯为基材、浸渍,MMA,、,St/UPE,（,30,、,20,、,30,）为主体的多元混合浸渍液，采用,Co-60-,射线辐射聚合（剂量率,10-15KGy/h,，剂量大于,50KGy,）制备出了耐磨性提高,3,倍、冲击压痕提高,3.7,倍、硬度提高,1.8,倍、吸水率降低,78.6%,、抗胀缩率（,ASE,）为,65.7%,的,WPC,地板。,虽然世界各国都进行了大量研究，但是真正大量工业化生产的，还是美国走在前列。,20,世纪,60,年代开始，美国橡树岭实验室做了大量的辐射法制备木塑复合材料的实验，对松木、橡木、糖枫、桦木等木材浸渍各种乙烯基单体后辐射聚合的情况及性能、条件等进行了系统研究，形成了像,ORO-600,ORO-612,ORO-628,等技术报告，并设计了中试厂，进行了试生产，为后来大型生产厂的建立奠定了基础。,辐射法制备木塑复合材料,WPC,工艺,流程：,原木毛坯干燥处理抽真空浸渍辐照成品再加工,工厂分区,毛坯处理区，单体储存区，浸渍区，废液回收区，辐照区，成品储存加工区，控制区。,具体工艺步骤,毛坯处理区：毛坯表面处理，打磨，烘干燥处，使木材的含水率控制在,8%,左右，最后放在箱架中备用,单体储存区：设有单体储罐、染料储存设备、缓冲罐和传输管道。用于储存和传输单体。,浸渍区：将木材置于产品箱中，再将多个产品箱放入浸渍罐，接通气体和单体传输系统。然后将产品箱中的气体抽出，保持一定时间真空，真空度控制在设定值。通入单体，然后再通入氮气加压至设定值，保持一段时间。放掉多余单体。最后再充入氮气，将产品箱移出，通过悬挂链运到辐照区。主要设备：氮气钢瓶，耐压浸渍罐，产品箱，抽真空系统，单体传输系统。,废液回收区：浸渍过的单体应该统一回收，进行再处理，以便再次利用。,辐照区：一种是水下辐照，板源，在低剂量率下辐照，选取不同剂量率或者选取一定剂量率辐照，大约,10,小时；另一种为水淋辐照，采用十字型源。两种方式都要尽量除去辐照区的氧和臭氧。主要设备：钴源，轨道悬挂链，防火花装置，排臭氧装置，水循环冷却装置,6,。,成品储存加工区：将辐照后的产品置于储存区，然后进行表面处理，及再加工。,控制区：自动化控制。,WPC,辐射法与挤出法比较,辐射法可辐照整块木材，木材是基体，聚合物是填料，其主要性能及表观仍为木材。,挤出法则是将木粉或木纤维等等与塑料粒子混合，通过单螺杆或双螺杆挤出机挤出成型，其主要组分为塑料，性能和质地都偏于塑料，木粉仅起增强作用。,WPC,辐射法与化学法比较,项目,辐射法,化学法（触媒法）,钴源,射线,电子加速器,聚合时是否加热,不需要,不需要,必需,单体使用时间,含阻聚剂，使用时间长,含阻聚剂，使用时间长,短,处理木材情况,较厚木材均匀处理,仅能处理薄木材，且易燃，焦烧,木材处理不均匀,防护与技术,辐射防护知识与特殊技术培训,辐射防护知识与特殊技术培训,通常防护,聚合,可完全聚合,聚合不完全,聚合不完全,温度和时间,易于控制,温度不易控制,难于控制,安全,特殊屏蔽设计，辐照室外无辐射,关机后无辐射,常规,辐射法制备的,WPC,性能,力学性能显著提高,WPC,力学强度比木材大，抗剪强度高,0.25-1.9,倍，硬度高,2-11,倍，抗压强度提高,0.7-2.3,倍，耐磨性提高,1-8,倍,7,。,尺寸稳定性好,吸水性，吸湿性比木材大大降低，具有较好的尺寸稳定性,可在单体中添加阻燃剂，聚合后制品具有阻燃性,具有良好的表面光滑性和各种鲜艳色彩,能保持木材固有的纹理,具有较好的耐磨和耐候性,具有良好的再加工性能,样品阻燃试验,1.,原木,2,3,秒后引燃,木材表面烧焦,WPC,样品,燃烧,10s,后，不燃，仅表面变黑,用纸擦拭后，光亮如新,辐射法制备,WPC,效益分析,以装源,300,万居里，年生产木塑复合材料的能力可达,100000m,3,的装置为例。,以杨树的密度,0.5g/cm,3,计算，注入比为,60,，则生产的木塑材料的密度为,0.8 g/cm,3,。,若考虑制成,20mm,厚的板材，杨树板材原料的价格约为,20,元,/m,2,（按照,1000,元,/m,3,），塑料单体注入物的成本为,90,元,/m,2,（单体价格按照,15000,元,/,吨），辐照成本为,12,元,/m,2,，进一步的加工处理如打磨抛光成本低于,10,元,/m,2,，添加剂成本约,10,元,/m,2,综合以上，通过钴源辐照制,20mm,厚度的木塑复合板材的成本为,142,元,/m,2,而市场上的普通实木地板价格一般在,200,元,/m,2,以上。毛利润为,58,元,/m,2,年生产能力为,100000 m,3,（即,5000000 m,2,）的辐照装置的毛利润可达,3,亿元。若生产毫米级的复合地板，年利润更加可观。,产业化生产中存在的问题和机遇,上世纪七八十年代，我国的一些厂家对该生产工艺很感兴趣，例如上海艺术品雕刻四厂，北京民族乐器厂等都进行了,WPC,批量生产，但是却一直未能规模化生产。,（,1,）研究与合作。虽然科研院所做了大量研究，但是缺少与相关企业的合作。只有两者结合起来，才能促进该项技术成果的发展。,（,2,）投资。因为本项目需要建造一座专用辐照站，而站内所用的放射源每年都需要补充，如果产品的量不够大，则运行会出现问题，所以会有很多研究机构和厂家感兴趣，却没有真正建造生产厂；,（,3,）木材储量。上世纪国内优质木材储存量大，不需要通过该种方法提升木材品质，但是随着时间的推移，优质木材的砍伐必然会受到限制；,（,4,）产品。国外大型生产厂主要使用软质木材生产木塑地板，而地板的需求量在国内外都是挺大的，对企业来说，市场有保障，企业利润大。而我国目前尚没有地板企业采用该技术；,（,5,）工艺。,辐射法发展初期，工艺条件尚不成熟，不能大规模生产。,现在该技术在美国已经发展了几十年，生产厂也有多座，工艺成熟，自动化程度高，且产品满足环保等相关要求；,（,6,）政策。,目前，国家发改委已将,“,木基复合材料的技术开发,”,归入,产业结构调整指导目录（,2005,）,的鼓励类项目。,国务院办公厅也在,2005,年年底向国家发改委等十二个部委下发了,关于加快推进木材节约和代用工作的意见,，国家正通过政策引导，技术支持的方式，鼓励发展木材节约和代用，这对辐射法制备木基木塑复合材料,WPC,是一个很好的契机。,结论和展望,经辐射法制成的木基木塑复合材料硬度高，耐磨性好，吸湿性小、抗腐蚀、尺寸稳定，加工后表面光滑，可保持木材的天然纹理和色泽，制成的产品使用时维护费用低，能够满足各种用途。,辐射法制备木基木塑复合材料的生产技术可利用速生、易得的木材如桦木、杨木等低档木材，经过辐射塑化处理来代替昂贵的优质木材，有助于解决优质木材缺乏的难题，这实质是核技术与林产业交叉融合发展起来的高技术产业，应用前景广阔，值得在我国进行大力推广和实现工业化生产。,该项目属于高投资高回报的高科技项目，能够带来很好的经济效益。,希望国内相关单位参与到该项技术的推广中，争取早日实现产业化生产。,谢谢大家,